JP7092817B2 - シリンダヘッド - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用等のエンジンを構成するシリンダヘッドに関するものである。

ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンは、機関本体の主要構成要素としてシリンダヘッドを備えている。燃焼室の構造は様々であるが、ガソリンエンジンの場合は、燃焼室の一部としてシリンダヘッドに上窄まりのペントルーフ型の凹所を形成し、凹所の傾斜面に、一対ずつの吸気ポートの出口及び排気ポートの入り口を開口させていることが一般的である。

そして、吸気ポート及び排気ポートにはバルブシートが装着されているが、バルブシートの装着部（装着穴）は切削加工によって高い寸法精度に形成されており（例えば特許文献１）、バルブシートとバルブガイドとを同心に形成することにより、シール性と耐久性とを確保している。従って、シリンダヘッドを鋳造するに当たっては、吸気ポート及び排気ポートの周囲には削り代を設けている。

特開昭６２－１５６２６５号公報

さて、エンジンにおいて吸気効率及び排気効率を高めるには吸気ポート及び排気ポートの内径をできるだけ大きくするのが好ましいが、吸気ポート及び排気ポートの内径を大きくすると、それに連れてバルブの外径及びバルブシートの外径も大きくなる。

そして、吸気ポートの周囲と排気ポートの周囲には、バルブを逃がすためのテーパ面（バルブリセス）を切削加工によって形成しており、このバルブ逃がしテーパ面に囲われた状態でバルブシートを配置しているが、吸気ポート及び排気ポートを大径化すると、吸気ポートと排気ポートとの間隔が狭まることにより、吸気ポートのバルブ逃がしテーパ面と排気ポートのバルブ逃がしテーパ面とが接して、吸気ポートと排気ポートとの間の部位に山形部が形成されてしまう。

そして、吸気ポートと排気ポートとの間に山形部ができると、吸気行程及び圧縮行程において吸気が山形部に当たってタンブル流の生成を阻害する問題や、山形部に形成されたエッジ部（稜線）が過剰昇温し、ヒートポイントになってノッキングを誘発しやすくなる問題、或いは、エッジ部が溶損によって脱落してエンジンを損傷させる問題などが懸念される。

本願発明は、このような問題を招来することなく吸気ポート及び排気ポートを大径化しようとするものである。

本願発明のシリンダヘッドは、
「シリンダブロックと反対側に向けて窄まった傾斜面を備えたペントルーフ型の凹所が形成されて、前記凹所の傾斜面に、一対ずつの吸気ポートと排気ポートとが、シリンダボア軸線方向から見てクランク軸心と反対側に位置するようにして形成されており、
前記吸気ポートと前記排気ポートとにバルブシート装着穴が形成されている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記両吸気ポートの外側と前記両排気ポートの外側には、それぞれ前記バルブシート装着穴に向けて縮径するバルブ逃がしテーパ面が形成されて、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間の部位に、前記吸気ポートのバルブ逃がしテーパ面と前記排気ポートのバルブ逃がしテーパ面とで挟まれた仮想の山形部が、前記吸気ポートのバルブシート装着穴と前記排気ポートのバルブシート装着穴との間の部位から突出した状態で位置するようになっており、
前記仮想の山形部が前記吸気ポートにおけるバルブシート装着穴の開口縁と前記排気ポートにおけるバルブシート装着穴の開口縁と同じ高さに切除された状態で、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間の部位に、クランク軸心方向を前後方向として、前後対称形状でかつ前後両端縁は底面視で円弧状になっている平坦面が形成されている」
という特徴を備えている。

本願発明において、シリンダヘッドを鋳造した段階では、バルブシート装着穴やバルブ逃がしテーパ面を切削加工で形成するために削り代が設けられており、バルブ逃がしテーパ面を形成した段階では、吸気ポートと排気ポートとの間に山形部が形成される。しかし、本願発明では、山形部はエンドミル等の切削工具で切除されて、吸気ポートと排気ポートとの間の部位は平坦面になっている。

従って、吸気ポートから噴出した吸気は、乱れを生じることなく排気ポートに向けてスムースに流れていく。これにより、吸気行程及び圧縮行程でのタンブル流の生成機能を向上できる。また、山形部及びエッジは存在しないため、過剰昇温によるヒートポイント現象も生じない。従って、ノッキングの誘発や溶損による欠落といった問題も解消できる。

更に、吸気ポートと排気ポートとの間に山形部が残っていると、その大きさにバラツキがあって凹所の容積にもバラツキがでるおそれがあるが、本願発明は山形部を無くすものであるため、容積のバラツキを無くして品質（圧縮比）を安定化できる。更に、山形部が存在するとエッジ部にバリが残ることがあり、このバリの除去に手間がかかるという問題があるが、本願発明では、バリが発生していても山形部自体を切除するものであるため、バリ取りの手間を無くすことができる利点もある。

実施形態を示す図で、（Ａ）は部分的な底面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ視縦断正面図である。 （Ａ）（Ｂ）とも製造工程（切削工程）を示す縦断正面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。シリンダヘッド１の基本構造は従来と同じであり、その下面に、上向きに縮径した傾斜面２を有する凹所３が、シリンダボア（図示せず）と同心に形成されている。

凹所３の傾斜面２には、吸気ポート４（の出口）と排気ポート５（の入り口）とが、シリンダボア軸心方向から見てクランク軸線を挟んだ反対側に一対ずつ開口している。一対の排気ポート５は下流側で１つに集合しているが、一対の吸気ポート４は、分離したままの場合と、上流側で１つに集合している場合とがある。

吸気ポート４及び排気ポート５にはそれぞれバルブシート６が装着されている。従って、吸気ポート４及び排気ポート５には、バルブシート装着穴７が形成されている。また、バルブシート６の下方（外側）には、バルブ８，９の傘部８ａ，９ａを逃がすための下広がりのバルブ逃がしテーパ面（バルブリセス）１０が形成されている。

バルブシート６の内面には、広がり角度が相違する２つの傾斜面１１ａ，１１ｂが形成されており、バルブ８，９の傘部８ａ，９ａは、２つの傾斜面１１ａ，１１ｂの連接部に当たってシールされるようになっている。凹所３の中央部には、点火プラグを装着するイグニッションホール１２が開口している。また、シリンダヘッド１には、冷却水ジャケット１３が形成されている。

なお、図１（Ａ）では吸気ポート４や排気ポート５、バルブシート６を真円に表示しているが、これらは傾斜面２に形成されているため実際には楕円になる。真円の表示は、作図を容易化するための便宜的なものである。

さて、シリンダヘッド１はアルミを材料にした鋳造品であり、鋳造した段階の中間品では、凹所３には、図２（Ａ）に示すように、バルブシート装着穴７やバルブ逃がしテーパ面１０を切削するための削り代１４が形成されている。そして、図２（Ｂ）に示すように、まず、エンドミルやフライスカッター等の切削工具（図示せず）によって、バルブシート装着穴７やバルブ逃がしテーパ面１０が切削加工される。

そして、吸気ポート４及び排気ポート５を大径化すると、それら吸気ポート４と排気ポート５との間隔が狭まって、バルブ逃がしテーパ面１０を切削加工した段階で、図２（Ｂ）に示すように、吸気ポート４と排気ポート５との間の領域に、稜線１５ａを有する山形部１５がバルブシート装着穴７の開口縁から突出した状態に形成されてしまう。そこで、図２（Ｂ）に示すようなエンドミル１６を使用して山形部１５を切除することにより、図１のように、吸気ポート４におけるバルブシート装着穴７と排気ポート５におけるバルブシート装着穴７との間のエリアを平坦面１７に形成している。平坦面１７は、吸気ポート４と排気ポート５との間隔が最も狭まった箇所が最も幅狭であり、クランク軸線方向から見て前後左右に対称状に広がっている。また、エンドミル１６による加工であるため、前後両端縁は底面視で円弧形状になっている。

そして、山形部１５が残ったままであると、図２（Ｂ）に点線で示すように吸気が吸気ポート４から排気ポート５に向けて流れるにおいて、吸気が山形部１５に衝突することによって流れに乱れが発生し、タンブル流の生成を阻害する等の問題が懸念されるが、本実施形態のように山形部１５を切除して平坦面１７を形成すると、吸気の流れは阻害されないため、吸気行程及び圧縮行程でのタンブル流の生成を促進できると共に、ヒートポイント化によってノッキングを誘発したり溶損・脱落したりする事態を解消できる。

また、鋳造のバラツキや切削のバラツキによって山形部１５の大きさにもバラ付きが発生することが想定され、従って、山形部１５が残ったままであると、凹所３の容積にバラツキが生じるなどして品質が安定しないおそれがあるが、本実施形態では、バラツキの原因である山形部１５が切除されるため、凹所３の容積のバラツキを無くして品質を安定化できる。稜線１５ａにバリが残っても、バリと一緒に山形部１５が無くなるため、バリ取りの手間も省くことができる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、平坦面はフライスカッターによる切削で形成することも可能である。

本願発明は、エンジンのシリンダヘッドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
２ 傾斜面
３ 凹所
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ バルブシート
７ バルブシート装着穴
８ 吸気バルブ
９ 排気バルブ
１０ バルブ逃がしテーパ面
１４ 削り代
１５ 山形部
１６ 平坦面を形成するためのエンドミル
１７ 平坦面（平坦部）

Claims (1)

1. シリンダブロックと反対側に向けて窄まった傾斜面を備えたペントルーフ型の凹所が形成されて、前記凹所の傾斜面に、一対ずつの吸気ポートと排気ポートとが、シリンダボア軸線方向から見てクランク軸心と反対側に位置するようにして形成されており、
   前記吸気ポートと前記排気ポートとにバルブシート装着穴が形成されている構成であって、
   前記両吸気ポートの外側と前記両排気ポートの外側には、それぞれ前記バルブシート装着穴に向けて縮径するバルブ逃がしテーパ面が形成されて、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間の部位に、前記吸気ポートのバルブ逃がしテーパ面と前記排気ポートのバルブ逃がしテーパ面とで挟まれた仮想の山形部が、前記吸気ポートのバルブシート装着穴と前記排気ポートのバルブシート装着穴との間の部位から突出した状態で位置するようになっており、
   前記仮想の山形部が前記吸気ポートにおけるバルブシート装着穴の開口縁と前記排気ポートにおけるバルブシート装着穴の開口縁と同じ高さに切除された状態で、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間の部位に、クランク軸心方向を前後方向として、前後対称形状でかつ前後両端縁は底面視で円弧状になっている平坦面が形成されている、
   シリンダヘッド。

Images